Tải bản đầy đủ

thi nghiem co hoc dat

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP. HCM
Khoa Kỹ thuật Xây dựng
Bộ môn Địa cơ - Nền móng

THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT
(Lưu hành nội bộ)

BÀI 1

THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH CỞ HẠT (GRAIN SIZE ANALYSIS)

BÀI 2

THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT (COMPACTION TEST)

BÀI 3

THÍ NGHIỆM GIỚI HẠN ATTERBERG (ATTERBERG LIMITS)

BÀI 4


THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP (DIRECT SHEAR TEST)

BÀI 5

THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT (CONSOLIDATION COMPRESSION TEST)

Năm 2018

-1-


BÀI 1

THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH CỞ HẠT (GRAIN SIZE ANALYSIS)
PHƯƠNG PHÁP RÂY SÀNG (d ≥ 0,074 MM - # 200)
PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỘNG (d < 0,074 mm)

1.1.
1.2.

Tiêu chuẩn áp dụng : 4198 -1995
Mục đích:

- Thí nghiệm phân tích thành phần hạt (cở hạt): Xác định tỉ lệ tương đối tính theo phần trăm
các nhóm cở hạt khác nhau trong đất.
- Dựa vào thành phần hạt và đường cấp phối hạt để đánh giá mức độ đồng đều và cấp phối;
tính thấm nước; chọn vật liệu xây dựng; dự đoán sự biến đổi tính chất cơ lý; xác định độ lớn
nhóm các cở hạt; sự phân bố hạt và phân loại đất.
1.3.

Dụng cụ thí nghiệm:

1.3.1.

Dùng cho phương pháp rây sàng

- Bộ rây: nắp rây, rây, đáy rây

Rây khô


Rây rửa

Cở rây / Số hiệu
4’’ (cở rây)
2’’
1’’
3/4 ’’
1/2 ’’
3/8’’
# 4 (số hiệu)
#6
# 10
# 20
# 40
# 60
# 100
# 200

Đường kính d (mm)
101,6
50,8
25,4
19,1
12,7
9,51
4,76
3,36
2,00
0,84
0,42
0,25
0,149
0,074

- Cân (độ chính xác 1g đối với cân lớn, 0,1 g đối với cân tiểu).
- Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, chày cao su, lò sấy (1050C), máy rây …
1.3.2.

Dùng cho phương pháp lắng
đọng

- Tỷ trọng kế (Hydrometer): dùng để
đo tỷ trọng dung dịch.
- Hai bình hình trụ
+ bình 1 đựng mẫu + nước
(huyền phù): 1 lít
+ bình 2 đựng nước dùng để rửa
tỷ trọng kế
- Máy khuấy, que khuấy

-2-


- Nhiệt kế: dùng để đo nhiệt độ thay đổi để hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm (khi nhiệt độ
thay đổi -> độ nhớt hỗn hợp thay đổi -> vận tốc rơi thay đổi -> phải hiệu chỉnh).
- Đồng hồ bấm giây, chén đựng mẫu đất, bình cao su hút nước, hóa chất Na 4P2O7 để làm
phân tán đám hạt, rây N10.
1.4.

Thí nghiệm:
1.4.1.

Phương pháp rây sàng:

- Lấy 1 lượng đất vừa đủ đã sấy khô. Lấy đất bằng phương pháp chia đôi hay chia tư. Khối
lượng đất được lấy như sau:
+ Đất hạt mịn:
+ Đất cát pha:
+ Đất hạt lớn nhất 3/8’’:
+ Đất hạt lớn nhất 1/2’’:
+ Đất hạt lớn nhất 3/4’’:
+ Đất hạt lớn nhất 1’’:

100 – 200 g
300 – 500 g
1000 g
3 kg
5 kg
10 kg

- Dùng chày cao su để tách rời hạt
- Xếp bộ rây thứ tự từ lớn đến nhỏ (lật ngược rây)
- Đổ mẫu đất vào bộ rây, đặt lên máy rây khoảng 10 phút (chú ý rây sao cho các rây nằm trên
mặt phẳng ngang, không làm rơi rải đất ra ngoài).
- Cân đất cộng dồn (cân khối lượng đất từ rây lớn, cân dồn tiếp đến rây nhỏ), hàm lượng thất
thoát < 1%.
1.4.2.

Phương pháp lắng đọng:

- Dựa vào đặc tính phân bố các hạt đất trong dung dịch (nước) để xác định thành phần hạt.
- Khi mẫu đất được tạo thành huyền phù trong bình thì các hạt có đường kính khác nhau sẽ
chìm lắng khác nhau; hạt lớn sẽ chìm nhanh hơn các hạt nhỏ.
- Phương pháp lắng động là phương pháp tỷ trọng kế dựa vào định luật Stockes về vận tốc
giới hạn của vật thể hình cầu rơi trong chất lỏng, phụ thuộc vào đường kính hạt, tỷ trọng hạt,
tỷ trọng của dung dịch và độ nhớt của dd.
v=

( γ s − γ dd ) d 2
18 η

Trong đó
v : vận tốc rơi của hạt (cm/s)
γ s : dung trọng (trọng lượng riêng) của hạt (g/cm3)
γ dd : dung trọng (trọng lượng riêng) của chất lỏng (g/cm3) ≡ γ w (dung trọng của nước)
η : độ nhớt dung dịch (g.s/cm2) = µ/g,
µ : độ nhớt đơn vị của dung dịch hay Poise (dynes.s/cm2)
d : đường kính hạt (cm)
g : gia tốc trọng trường = 981 cm/s2
Ta có

-3-


v=

γs
h
h
(=
) ; G s (∆) =
60 t
γw
t

h : chiều cao rơi của hạt (cm)
t : thời gian rơi (phút)
Gs (∆) : tỉ trọng hạt
Từ đó ta có công thức xác định đường kính hạt
d=

18 µ
60 (G s −1) g γ w

h
(cm)
t

Trong thí nghiệm lắng đọng, lấy γ w = 1 g/cm3 , h = HR, đường kính hạt được xác định:
d=

1800 µ
981. 60. (G s −1)

HR
(mm)
t

d: đường kính hạt (mm),
HR (cm) là chiều cao rơi của hạt, xác định từ số đọc của tỉ trọng kế kế đã hiệu chỉnh Rc
t = (phút): thời gian rơi của tỉ trọng kế,
Gs : tỉ trọng hạt,
µ : độ nhớt đơn vị của nước hay Poise (dynes.s/cm2).
Bảng tra độ nhớt đơn vị or Poise (dynes.s/cm2)
Nhiệt độ
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

Độ nhớt
0,01056
0,01050
0,01005
0,00981
0,00958
0,00936
0,00914
0,00894
0,00874
0,00854
0,00836

Nhiệt độ
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

Độ nhớt
0,00818
0,00801
0,00784
0,00768
0,00752
0,00737
0,00722
0,00718
00,695
0,00681
0,00668

Phương trình trên chỉ dùng cho các loại đất có đk 0,0002 mm – 0,2 mm (d > 0,2 mm => dòng
rối trong chất lỏng, d < 0,0002 mm => hiện tượng chuyển động Brown)


Trình tự thí nghiệm:

1. Dùng 50 g đất lọt qua rây N10, trộn với nước vừa đủ nhão trong chén, thêm 10 giọt
hóa chất Na4P2O7 , ngâm trong 24h để làm phân tán đều các đám hạt (trong TN vì thời gian bị
hạn chế nên có thể dùng 20 giọt => TN không được hoàn toàn chính xác vì các hạt không
được tách đều và các hạt sẽ rơi nhanh hơn).
2. Cho vào máy khoấy (có thể dùng tay để khuấy), trộn thêm nước, khoảng 10 ph
-4-


3. Đổ hổn hợp vừa trộn vào bình (1), thêm nước vừa đúng 1 lít, dùng đũa khuấy đều.
4. Cho thủy kế vào (bình 1), đọc trị số R vào từng thời điểm (nguyên tắc nhân đôi):
T : 15’’, 30’’, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’, 1h, …. , 24h
(sau mỗi thời điểm đo – sau 2’ – lấy TK ra để rửa (bình 2): tránh hiện tượng bám dính của hạt
đất xung quanh TK)

Trong quá trình đọc sẽ có sai số do: nhiệt độ, mặt khum, hóa chất, mắt đọc, … ,
ta sẽ có số đọc sau khi hiệu chỉnh là:
R c = R + ct + c m
R : số đọc từ thủy trọng kế
ct : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ
cm : hệ số điều chỉnh mặt khum
Bảng tra hệ số hiệu chỉnh ct
t (0C)

t (0C)

ct

ct

18
-0,4
29
2,2
20
0,0
30
2,5
21
0,3
31
2,8
22
0,5
32
3,2
23
0,7
33
3,5
24
1,0
34
3,9
25
1,2
35
4,2
26
1,5
36
4,5
27
1,7
37
4,9
28
2,0
38
5,3
Hệ số hiệu chỉnh mặt khum:
Tỉ trọng kế được chia độ theo mép dưới của mặt khum. Thông thường khi đọc, ta chỉ
đọc được số đọc theo mép trên của mặt khum do huyền phù không trong suốt.
Hệ số mặt khum là cm = 0.4
 Tính HR từ số đọc trên tỉ trọng kế Rc:
Sơ đồ tính như sau:
1000
Vo/A

L
1030

HR=h-Vo/2A

a
Vo/2A

-5-

O
1030

h


Ph ân t ích h ình v ẽ tr ên ta th ấy :
Khi cho t ỉ trọng kế vào thì mực nước trong ống đo dâng lên đoạn Vo/A. Khi đó chất điểm
tại tâm bầu (ứng với độ sâu HR) sẽ dâng lên đoạn Vo/2A.
V
V
V
Ta có : H R = h − o + o = h − o
F 2F
2F
L
h = (N − M )

N
V
L
Suy ra H R = ( N − M ) + a − o
N
2F
Theo TCVN 4198-1995. hướng dẫn như sau:
Trong đó - HR (cm) là chiều cao rơi của hạt, xác định từ số đọc đã hiệu chỉnh Rc
- A : Diện tích ngang của ống đo đựng huyền phù thí nghiệm; A= 30cm2
- Vo : Thể tích của bầu tỉ trọng kế 151H , Vo = 73cm3 = 73ml
( thể tích phần còn lại phía trên mặt huyền phù xem như không đáng kể)
- h : Độ sâu từ mặt huyền phù đến tâm bầu tỉ trọng kế (cm)
- a : Khoảng cách từ tâm bầu đến vạch chia thấp nhất (1030); a=9.511cm
- L : Khoảng cách từ vạch chia thấp nhất (1030) đến vạch chia 1000; L=8.0cm
- N : Số vạch chia ( phần ngàn) tính từ vạch chia 1030 đến vạch chia 1000; N=30
- M : Số vạch chia (phần ngàn) tính từ vạch chia đọc được trị số Rc trên thang tỉ
trọng kế đến vạch chia 1000.
* Theo hướng dẫn của cách đọc số thí nghiệm : lấy 2 số có nghĩa sau cùng:
Ví dụ :
1000 ta đọc là 0
1012
là 12
Cách gọi các trị số trên như sau:
Gọi : - A : Diện tích ngang của ống đo đựng huyền phù thí nghiệm; A= 30cm2
- Vo : Thể tích của bầu tỉ trọng kế 151H , Vo = 73cm3 = 73ml
( thể tích phần còn lại phía trên mặt huyền phù xem như không đáng kể)
- h : Độ sâu từ mặt huyền phù đến tâm bầu tỉ trọng kế (cm)
- a : Khoảng cách từ tâm bầu đến vạch chia thấp nhất( vạch 30); a=9.511cm
- L : Khoảng cách từ vạch chia thấp nhất (30) đến vạch chia 0; L=8.0cm
- N : Số vạch chia, tính từ vạch chia 30 đến vạch chia 0; N=30
- M : Số vạch chia, tính từ vạch chia đọc được trị số Rc trên thang tỉ trọng kế đến
vạch chia 0.
V í d ụ : Ta đ ọc Rc sau khi hiệu chỉnh là Rc = 12.45
Vậy trị số M= 12.45 – 0 = 12.45.
Tính ra cự ly chìm lắng HR như sau:
V
L
8
73
H R = ( N − M ) + a − o = (30 − 12.45) + 9.511 −
= 12.97
N
2 F 30
2 * 30

-6-




thun tin, ngi ta lp sn bng tra HR t s c Rc( cho tng loi t
trng k) nh sau:

Rc
1.000
1.001
1.002
1.003
1.004
1.005
1.006
1.007
1.008
1.009

Bng tra giỏ tr HR t s c ó hiu chnh Rc,
Thuỷ
y keỏ151H
Hr (cm) Rc
Hr (cm) Rc
16.3
1.010
13.7
1.020
16.0
1.011
13.4
1.021
15.8
1.012
13.1
1.022
15.5
1.013
12.9
1.023
15.2
1.014
12.6
1.024
15.0
1.015
12.3
1.025
14.7
1.016
12.1
1.026
14.4
1.017
11.8
1.027
14.2
1.018
11.5
1.028
13.9
1.019
11.3
1.029

1.5.

(loaùi 151H):

Hr (cm)
11.0
10.7
10.5
10.2
10.0
9.7
9.4
9.2
8.9
8.6

Rc
1.030
1.031
1.032
1.033
1.034
1.035
1.036
1.037
1.038

Hr (cm)
8.4
8.1
7.8
7.6
7.3
7.0
6.8
6.5
6.2

Tớnh toỏn kt qu:
1.5.1.

-Tớnh % trng lng t gi li cng dn trờn mi rõy:
A% = (Khi lng t gi li cng dn trờn mi rõy x 100%) / M
M l khi lng t em lm thớ nghim

- Tớnh % trng lng t lt qua rõy:
B% = 100% - A%
1.5.2.

Tớnh % trng lng t cú ng kớnh < D (dnh cho pp lng ng)
N%=

(Gs / G s 1) Rc
m

Trong ú m l trng lng t em thớ nghim (= 50 g).
* Ti thi im c s R sõu H (gn tõm bu t trng k), ti ú ch cú cỏc ht cú
k < D. Gi P l trng lng ca nhúm ht < D/1000 cm 3 huyn phự => trng lng 1 n v
th tớch huyn phự gn tõm bu gm: trng lng phn ht (P/1000) + trng lng phn nc.
T trng ca huyn phự sõu H:
G hp =


P
P
+ 1
1000 1000 G s


G w


Mt khỏc theo s c ca t trng k thỡ t trng ca huyn phự ti tõm bu:

-7-


R
1000

R
P
P
=
+ 1 −
=> 1 +
1000 1000  1000 G s
Xem Gw = 1

1 
=> R = P 1 − 
 Gs 
G hp = 1 +


 G w


Gs
R
( G s −1)
Gọi m là khối lượng mẫu đất khô để tạo 1000 cm huyền phù, % tích lũy của nhóm hạt có
đường kính < D:
Gs R
P
N = 100% =
100%
m
Gs − 1 m

=>

P=

1.6.

Vẽ đường cong cấp phối cỡ hạt:

Kết quả phân tích hạt được trình bày dưới dạng đường cong cấp phối hạt, trên hệ thống
nửa trục logarite. Trục hoành biểu diễn đường kính hạt, trục tung biểu diễn phần trăm trọng
lượng hạt lọt qua rây hay % mịn hơn.
Có 3 dạng cấp phối chính:
- Dạng thoai thoải : cấp phối tốt
- Dạng dốc đứng : cấp phối xấu
- Dạng bậc thang : cấp phối trung bình
Các hệ số:
- Hệ số đồng nhất:
Cu = D60 / D10
Cu < 5 :
Cu = 5 – 15 :
Cu > 15 :

Đất đồng nhất
Vừa
Đất không đồng nhất

- Hệ số hình dạng: (Coefficient of curvature Cc )
2
(
D30 )
C g (C c ) =
D10 D60
Cg > 4 :
Sạn
Cg > 6 :
Cát
1 < Cg < 3:
Sạn – cát
Cg = 0,5 – 2,0: Cấp phối tốt
Trong đó: D60 ; D30 ; D10 : Đường kính cở hạt mà những hạt có đk nhỏ hơn hoặc bằng nó
chiếm 60% ; 30% ; 10% theo thứ tự.
Sai số cho phép trong TN là 10%.
1.7.

Nhận xét của SV:

-8-


Từ đường cấp phối hạt: phân loại đất, xác định tỉ lệ % nhóm các cở hạt, nhận xét về hình
dạng đường cấp phối, các hệ số …
Chú ý:
% đối với toàn bộ khối lượng đem TN là: N% = (P% P10%)/100
N%: phần trăm hiệu chỉnh
P% : phần trăm mịn hơn
P10%: phần trăm lọt qua rây N10.

Đường cong cấp phối hạt

Tên hạt đất

Kích thước (mm)
> 100
100 – 10
10 – 2

Đá lăn, đá hộc
Hạt cuội
Hạt sỏi
Hạt cát

Hạt bụi

To
Vừa
Nhỏ
To
Nhỏ

Hạt sét
Hạt keo

-9-

2 – 0,5
0, 5 – 0,25
0,25 – 0,05
0,05 – 0,01
0,01 – 0,005
0,005 – 0,002
< 0,002


BÀI 2:

THÍ NGHIỆM GIỚI HẠN ATTERBERG (ATTERBERG LIMITS)

2.1.
2.2.

Tiêu chuẩn áp dụng : 4201 -1995
Mục đích
Xác định giới hạn Atterberg là xác định các giới hạn dẻo và giới hạn nhão; tức xác định
các giá trị độ ẩm, từ đó xác định được trạng thái và tên của đất.
wP : độ ẩm giới hạn dẻo (từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo)
wL : độ ẩm giới hạn nhão hay chảy (từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão)
+ Chỉ số nhão/chảy (Độ sệt):
w − wP
I L ( B) =
w L − wP
+ Chỉ số dẻo:
IP (A) = wL – wP

2.3.

Dụng cụ thí nghiệm

(Dùng cho TN giới hạn nhão)
- Dụng cụ Casagrande (chiều cao nâng chỏm
cầu là 1 cm)
- Dao cắt rãnh
- Dao trộn, kính trộn, muỗng xúc đất, rây
N40 (đk hạt 0,42 mm), bình nước, lon đựng
mẫu, cân (độ chính xác 0,1 g), lò sấy …

V ít A
V ít B

C h o ûm c a àu

Tay quay

2 m m

1 cm

8 m m

Ñ e á b a èn g
cao su cong

D A O C A ÉT R A ÕN H

H ì n h 5 . 1 D u ïn g c u ï g i ô ùi h a ïn n h a õo

2.4.

Thí nghiệm
2.4.1.

TN giới hạn nhão:

- Dùng khoảng 100 g đất lọt qua rây N40, trộn với nước vừa đủ nhão
- Lấy đất vừa trộn trét vào khỏang 2/3 chỏm cầu (tránh bọt khí)
- Dùng dao cắt rãnh, chia đất trong chỏm cầu thành 2 phần bằng nhau (khoảng cách khe hở 2
mm, dày 8 mm)
- Cho chỏm cầu nâng lên và rơi xuống hr = 1 cm, vận tốc v = 1 lần/30s, đếm số lần rơi N cho

- 10 -


đến khi đất ở 2 phần chỏm cầu khép lại

- Lấy đất nơi khép lại trong chỏm cầu bỏ vào lon, cân, đem mẫu sấy khô (24h), cân mẫu đất
khô; xác định độ ẩm.
- Lấy đất trong chỏm cầu ra, trộn đều cho bốc bớt hơi nước, làm lại TN như trên.
- Làm TN tương tự khoảng 3-4 lần, xác định số lần rơi Ni-1 < 25 < Ni
2.4.2.

TN giới hạn dẻo:

- Lấy phần đất dư từ TN giới hạn nhão, trộn đều, để cho bốc hết hơi nước
- Sau đó dùng tay ve tròn thành những con lăn (dùng 4 đầu ngón tay để lăn). Khi thấy những
que đất d = 3 mm và bắt đầu nứt thì đem những mẫu đất đó cân, sấy khô để xác định độ ẩm
(Nếu d > 3 mm, nứt thì thêm nước; d < 3 mm, chưa nứt thì gấp lại xe tiếp).
Đối với TN dẻo thì làm 2 lần song song và lấy kết quả trung bình; sai số 2 lần TN < 2%.
2.5.
Tính toán kết quả
- Xác định giới hạn nhão: vẽ biểu đồ quan hệ giữa w ~ logN; wL tương ứng với w tại N = 25
- xác định giới hạn dẻo bằng trung bình cộng của kết quả TN dẻo
w

wL

25
Biểu đồ xác định giới hạn nhão
- Xác định chỉ số nhão (độ sệt):

I L ( B) =

w − wP
wL − wP

- Xác định chỉ số dẻo: IP (A) = wL – wP
* Xác định tên và trạng thái đất theo TCVN:

- 11 -

Log N


Chỉ số nhão
IL(B)
IL > 1
0 ≤ IL ≤ 1
IL < 1

Trạng thái của đất

Chỉ số dẻo IP (A)
1 ≤ IP ≤ 7
7 < IP < 17
IP > 17

Nhão, loãng, sệt
Dẻo
Cứng

Tên đất
Đất cát pha sét
Đất sét pha cát
Đất sét

Ngoài ra các giới hạn cho đất dính còn được chia ra:
Chỉ số nhão IL (B)
<0
0 – 0,25
0,25 – 0,50
0,50 – 0,75
0,75 – 1,0
>1

Trạng thái của đất
Cứng
Nửa cứng
Dẻo cứng
Dẻo mềm
Dẻo nhão
Nhão

* Xác định tên và trạng thái đất theo ASTM:
+ Tên (phân loại) dựa theo wL, IP và đường A = 0,73 (wL – 20)
+ Trạng thái:
IL < 1
:
Trạng thái cứng
IL = 0 - 1 :
Trạng thái dẻo
IL > 1
:
Trạng thái chảy
Chỉ số dẻo IP
60
Đất sét rất dẻo
CH

5
0

IP = 0,73(WL-20)

4
0
Đất sét ít dẻo
CL

3
0
20

Đất hữu cơ rất dẻo
MH

Đất hữu cơ rất dẻo
OH

Đất bụi ML
và đất hữu
cơ rất dẻo
OL

CL-ML

10
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Giới hạn chảy wL
Giản đồ Cassagrande
V/ Nhận xét của SV
* Chú ý:
- Xác định loại đất dựa vào tiêu chuẩn ASTM: Gọi tên và ghi kí hiệu đất; xác định trạng thái
- 12 -


của đất.
- Nếu xác định loại đất dựa vào TCVN: Trong thí nghiệm này chúng ta dùng dụng cụ
Casagrande để xác định các giới hạn nên muốn đánh giá đất theo TCVN ta có thể chuyển đổi
các giá trị giới hạn dẻo và giới hạn nhão cho phù hợp với qui phạm VN
wL = a wC – b
Trong đó wL; wC là các giới hạn chảy theo Vaxilieve và Cassagrande
A = 0, 73 ; b = 6,47% ứng với đất có giới hạn chảy từ 20% – 100% .

Giới hạn nhão từ TN Cassagrande

- 13 -


BÀI 3:

THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT (COMPACTION TEST)

3.1.
3.2.

Tiêu chuẩn áp dụng : 4201 -1995
Mục đích:
- Những công trình như: đắp nền đường, nền nhà, đê, đập, sân bay, công trình san lắp,
hay những công trình tương tự cần phải lu lèn hay đầm chặt thì trước khi thiết kế cần phải xác
định dung trọng khô γ max và wopt để tối ưu hóa cho công tác lu lèn.
- Những công trình đã thi công (đã lu lèn) cần phải kiểm tra chất lượng và độ chặt nền;
cần phải TN đầm chặt để xác định hệ số đầm chặt k.
- Mục đích chính của việc đầm chặt:
+ Làm giảm độ lún của nền công trình trong tương lai
+ Làm tăng khả năng chịu tải của đất nền
+ Làm tăng sức chống cắt của đất
+ Làm giảm độ thấm nước qua công trình
3.3.
Dụng cụ thí nghiệm:
- Khuôn Proctor tiêu chuẩn V = 944 cm3
- Búa dầm (độ rơi h = 30,48 cm = 12 in, Q = 2,5 kg)
- cân lớn (cân kl đất + khuôn), cân nhỏ (xác định độ ẩm)
- Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, dao gạt đất, dụng cụ xác định độ ẩm, …
3.4.
Thí nghiệm:
- Làm khô mẫu đất hoặc sấy khô t < 500C, dùng chày để
làm tơi đất, cho lọt qua rây N4, lấy khoảng 3 kg đất.
- Sau đó thêm nước vào rồi trộn đều
Cách thêm nước:
0,01Q
( w − wh )
1 + 0,01 w
Trong đó: q: lượng nước phun thêm (g)
w: độ ẩm yêu cầu (%)
wh: độ ẩm của đất trước khi phun thêm nước
q=

(%)
Q : trọng lượng đất trước khi phun thêm nước
(w – wh): độ tăng độ ẩm (khoảng 2-3%)
- Cân trọng lượng khuôn, dùng muỗng xúc đất đổ vào khuôn, chia thành 3 lớp, mỗi lớp
đầm n chày phân bố đều trong khuôn.
+ Đất cát & cát pha sét :
n = 25
+ Đất sét pha cát & sét có Ip < 30 : n = 30 – 40
+ Đất sét có Ip > 30 :
n = 40 – 50
* Công đầm: (N.cm/cm3)
nmgh
10
Fa
Trong đó: n: số lần đầm mỗi lớp
m: khối lượng búa đầm (2,5 kg)
g: = 981 cm/s2
h: chiều cao rơi = 30,48 cm
f: diện tích mặt cắt ngang khuôn (cm2)
A=

- 14 -


a: chiều dày lớp đất đầm (cm)
- Dùng dao gạt bằng phía trên, cân trọng lượng khuôn và đất (G)
- Lấy mẫu đất ra khỏi khuôn
- Lấy mẫu đất ở 3 lớp đầm để xác định độ ẩm (cân trọng lượng long và mẫu, sấy khô, cân lại
trọng lượng lon và mẫu đất khô => xác định được độ ẩm)
- Làm tơi mẫu đất và thêm nước vào ( độ tăng độ ẩm 2-3%) và lập lại TN như trên.
- Cứ như thế, lặp lại TN đến khi nào cân thấy trọng lượng đất và khuôn giảm hay tốc độ tăng
của (đất + khuôn) < tốc độ tăng của độ ẩm.
3.5.

Tính toán kết quả:

-Trong quá trình TN, xác định được dung trọng ẩm γ = Q / Vkhuôn
γ
- Xác định dung trọng khô ứng với mỗi lần TN γ d =
1 + 0,01 w
- Vẽ biểu đồ quan hệ giữa w và γ d , từ đó xác định được γ max và wopt
γd

Đường bảo hòa

γ d.max
Đường cong đầm chặt

w

wopt

Đường cong đầm chặt của đất
* Vì khó có thể làm không khí thoát hết ra khỏi các lỗ rỗng, điều kiện để dạt được độ
bão hòa S = 100%, cho nên đường cong đầm nện luôn luôn nằm dưới đường cong bảo hòa.
* Kiểm tra về ‘độ rỗng’
Gs
γ d max =
(1 − Av )
1 + 0,01 w Gs
Gs : tỉ trọng hạt
Av : độ rỗng còn lại cho phép (4 – 5%)
* Kiểm tra về đường bảo hòa:
ρs
γ d ( sat ) =
ρ
1 + 0,01 w s
ρw
Trong đó: ρs : khối lượng riêng của hạt (soil)
ρw : khối lượng riêng của nước
3.6.

Nhận xét của SV:
- 15 -


* Chú ý:
Xác định hệ số đầm chặt
K = γ d (ct) / γ d.max (tn)
γ d (ct) xác định bằng pp dao vòng hoặc sand cone tại hiện trường, γ d.max (tn) xác định bằng
TN Proctor hay Modified Proctor tại phòng TN.
Tùy thuộc vào hạng mục của công trình mà hệ số k được thiết kế theo yêu cầu từ 0,9 – 0,95.

Biểu đồ đường cong đầm chặt

- 16 -


BÀI 4

THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP (DIRECT SHEAR TEST)

I/ Mục đích
- Thí nghiệm cắt trực tiếp để xác định các đặc trưng độ bền của đất (tính chất cơ học; c, ϕ), từ
đó đánh giá:
Sức chống cắt của đất:
S = σ tanϕ + c
Khả năng chịu tải của đất nền:
m m
R = 1 2 ( Abγ + B γ 'h + D c)
K tc
Trong đó A, B, D là các hệ số phụ thuộc vào c, ϕ.
- Ngoài ra c, ϕ còn có thể xác định bằng những TN khác:
+ Nén đơn (Unconfined compression test): áp dụng cho đất dính, đơn giản, cho kết quả
trực tiếp, mặt phá hoại sẽ là mặt yếu nhất.
+ Cắt trực tiếp (Direct shear test): áp dụng cho cả đất dính và đất rời, đơn giản, cho kết
quả trực tiếp, mặt phá hoại là mặt nằm ngang giữa 2 thớt của hộp cắt được ấn định trước.
+ Nén 3 trục (Triaxial compression test): áp dụng cho cả các loại đất, thí nghiệm phức
tạp nhưng cho đầy đủ các chỉ tiêu, có 3 pp TN; Undrains – Unconsolidation (UU), Undrains –
Consolidation (CU), Drains – Consolidation (CD).
II/ Dụng cụ thí nghiệm
- Máy cắt trực tiếp
- Dao vòng (để tạo mẫu đất thí nghiệm)
- Đồng hồ đo chuyển vị ngang, đồng hồ đo ứng
lực ngang; 2/1000 mm:1 vạch = 0,002 mm –
đh đo ứng lực ngang, 1/100 mm: 1 vạch = 0,01
mm – đh đo chuyển vị ngang.
- Đồng hồ đo chuyển vị đứng (chỉ sử dụng khi
nào dùng để cắt cố kết)
- Dao, bình nước, các quả cân dùng làm tỷ
trọng
- Mẫu đất nguyên dạng hoặc chế bị.
III/ Thí nghiệm
- Cắt 3 mẫu đất (dày 30 cm) cho 3 lần thí nghiệm với 3 cấp tải trọng khác nhau
- Bôi trơn nhớt vành trong hộp cắt
- Dùng dao vòng ấn vào mẫu đất và gạt bằng hai mặt
- Đặt mẫu đất vào hộp cắt ở giữa 2 tấm đá bọt và khóa chốt cẩn thận
- Đặt hộp cắt vào máy cắt, điều chỉnh đồng hồ về 0, lấy các chốt ở hộp cắt ra
- Đặt tải trọng đứng theo đúng với cấp tải

- 17 -


- Cho máy cắt cho đến khi nào mẫu bị phá hoại; ghi lại giá trị (τ) ứng với lúc đồng hồ đo ứng
lực ngang đạt giá trị max.
* Hệ số máy (hệ số vòng lực) 0,004
σ = 0,5 kg/cm2 => quả cân 1,6 kg
σ = 0,75 kg/cm2 => quả cân 2,37 kg
σ = 1 kg/cm2
=> quả cân 3,12 kg
σ = 2 kg/cm2
=> quả cân 6,24 kg
IV/ Tính toán kết quả
- Vẽ biểu đồ quan hệ giữa τ (kg/cm2) và σ (kg/cm2)
τ (kG/cm2)

τ = σ tanϕ + c
ϕ

c

σ (kG/cm2)
Quan hệ lực cắt và áp lực thẳng đứng

- Xác định giá trị c và ϕ
n

tan ϕ =

n

c=

∑τ i
i =1

n

n

i =1

i =1
2

n ∑ (τ i σ i ) − ∑ τ i ∑ σ i
i =1



2
n ∑σ i −  ∑σ i 
i =1
 i =1 
n

n

n

n

i =1

i =1

∑σ i 2 − ∑σ i
n

n ∑σ i
i =1

2

n

∑ (τ
i =1

 n

−  ∑σ i 
 i =1 

i

σi)

2

Chúng ta dùng hàm LINEST trong Excel để tính toán.
tanϕ=LINEST(τ1:τ3,σ1:σ3,1)
ϕ=DEGREES(ATAN(tanϕ))
c=IF ((1/3)*(( τ1+τ2+τ3)-tanϕ(σ1+σ2+σ3))>0,(1/3)*(( τ1+τ2+τ3)-tanϕ(σ1+σ2+σ3)),0)
Chuyển kết quả thập phân của ϕ sang giá trị độ

- 18 -


Phút => =((ϕ-INT(ϕ))*60
Độ + phút => =CONCATENATE(ROUND(độ,0),“o”,ROUND(phút,0),”’”)

KEÁ
T QUAÛ

tgϕ
= 0.3992
= 22° 46'
ϕ
C = 5.003 kPa

Biểu đồ quan hệ lực cắt và áp lực thẳng đứng để xác định c, ϕ
V/ Nhận xét của SV

- 19 -


BÀI 5

THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT (CONSOLIDATION COMPRESSION TEST)

I/ Mục đích
- Thí nghiệm nén cố kết để xác định các đại lượng: hệ số nén lún a, hệ số thay đổi thể tích m v,
chỉ số nén lún cc, chỉ số nở cs, modul biến dạng E, hệ số cố kế c v, hệ số thấm k, hệ số rỗng ứng
với từng cấp tải, … để phục vụ cho công việc tính toán biến dạng (lún) của nền đất.
- Tính nén lún của đất là quá trình giảm thể tích lỗ rỗng hay còn gọi là quá trình nén chặt đất.
Dưới tác dụng của tải trọng ngoài thì các hạt rắn được sắp sếp lại, thể tích lổ rỗng giảm, đất
được nén chặt.
- Khi tải trọng được đặt lên nền đất thì nước ở các lổ rỗng trong đất tiếp thu và có xu hướng
thoát ra từ các lổ rỗng trong đất. Quá trình thoát nước lổ rỗng xảy ra, áp lực nước lổ rỗng có
xu hướng giảm, áp lực hữu hiệu tăng dần. Đến một thời điểm nào đó thì nước thoát ra ngoài,
lúc này hạt đất chịu toàn bộ áp lực của tải trọng ngoài. Hiện tượng nén chặt đất do sự thoát
nước rất chậm từ các lổ rỗng trong đất được gọi là quá trình cố kết.
II/ Dụng cụ thí nghiệm
- Máy nén cố kết
- Dụng cụ tạo mẫu (dao vòng: chiều cao 2 cm, diện tích
mặt cắt ngang 20 cm2; dụng cụ gọt mẫu, có thể dùng dây
cắt đối với mẫu đất sét mềm)
- Đồng hồ bấm giây, tải trọng tạo áp lực đứng, cân, lò sấy,

III/ Thí nghiệm
- Dùng dao vòng và dụng cụ gọt mẫu để lấy mẫu từ mẫu đất nguyên dạng
- Cho mẫu đất đã lấy vào hộp nén giữa 2 tấm đá bọt
- Đặt hộp nén vào máy nén
- Điều chỉnh đồng hồ về vị trí 0
- Cân bằng cánh tay đòn bằng thủy kế
- Chất tải trọng theo từng cấp: 0,25; 0,5; 1; 2; 4 kg/cm 2 … Mỗi cấp tải tác dụng lên mẫu được
giữ cho đến khi đạt ổn định biến dạng nén
(Biến dạng không vượt quá 0,01 mm trong 30 phút đối với đất cát, 3 giờ đối với đất cát pha,
12 giờ đối với đất sét pha hoặc đất sét có chỉ số dẻo I P < 30. Riêng với đất sét có I P > 30 và đất
sét mềm yếu thì biến dạng chỉ được coi là ổn định nếu biến dạng không vượt quá 0,01 mm
trong 24 giờ).
- Theo dõi và ghi biến dạng nén trên đồng hồ đo biến dạng dưới mỗi cấp tải trọng ngay sau
15s tăng tải đến khi biến dạng ổn định theo qui ước. Khoảng thời gian đọc lần sau được lấy
gấp đôi so với lần đọc trước: 15s, 30s, 1m, 2m, 4m, 8m, 15m, … 1h, 24h.
- Sau khi biến dạng của mẫu đất đã ổn định ở cấp áp lực cuối cùng thì tiến hành giở tải.
Nguyên tắc giở tải cũng giống như lúc đặt tải là giở từng cấp thứ tự: 4; 2; 1; 0,5; 0,25 kg/cm 2.
Đo lại chuyển dịch của đồng hồ đo biến dạng.
* Chú ý:

- 20 -


Để cho đất được bảo hòa cần phải đổ nước đầy trong hộp nén trong quá trình thí nghiệm.
Cũng cần chú ý không cho đất nở khi thấm nước vào hộp nén. Nếu đồng hồ đo biến dạng
chuyển dịch khi thêm nước thì chứng tỏ mẫu bị nở, lúc đó phải chỉnh lại vít hãm để đưa trở về
vị trí ban đầu.
Số đọc trên đồng hồ là 1/100 mm
IV/ Tính toán kết quả
1- Tính hệ số rỗng ban đầu
- Mẫu đất trước khi nén (lấy phần dư) phải thí nghiệm các đặc trưng vật lý (γ , w, Gs), từ đó
xác định được hệ số rỗng ban đầu:
G γ (1 + 0,01 w)
e0 = s w
−1
γ
γ w : dung trọng của nước
γ : dung trọng (tự nhiên) của hạt
2- Tính hệ số rỗng ứng với mỗi cấp áp lực
- Sự thay đổi hệ số rỗng ∆e ứng với mỗi cấp áp lực:
∆hn−1, n
∆h
∆e =
(1 + e 0 )
∆e n−1, n =
(1 + e n−1 ) hoặc
h0
hn−1
Với ∆h là biến dạng của mẫu đất ở cấp tải n (tính bằng mm)
- Hệ số rỗng của mẫu đất tương ứng với mỗi cấp áp lực
en = e0 – ∆en
3- Vẽ các biểu đồ quan hệ
- Dựa vào số liệu thí nghiệm đã được tính toán lập thành bảng, vẽ đường con nén lún theo trục
e-P và e-logP

- 21 -


Biểu đồ quan hệ e-P

Biểu đồ quan hệ e-logP (nén và dở tải)
4- Tính các đại lượng
- Tính chỉ số nén cc:

cc =

e n−1 − e n
log Pn − log Pn−1

- Tính hệ số nén lún a (cm2/kG) tương ứng với từng cấp tải:

- 22 -


a n−1, n =

e n−1 − e n
Pn − Pn−1

(có thể dựa vào đường e-logP để tính a: a v =

0,435 c c
, với P = (Ptrước + Psau)/2 )
P

- Modul biến dạng E (kG/cm2):

E n−1, n = β

1 + e n−1
, với
a n−1, n

β =1−

2µ2
1− µ

µ: hệ số nở hông phụ thuộc vào từng loại đất
Đất cát
Đất cát pha sét
Đất sét pha cát
Đất sét

=
=
=
=

0,25 – 0,3
0,2 – 0,3
0,33 – 0,37
0,38 – 0,45

- Tính hệ số cố kết cv : có 2 phương pháp để tính
a. Phương pháp logt
- Vẽ đường cong quan hệ chuyển vị (số đọc trên đồng hồ) và logt
- Xác định D100 và t100 bằng cách:
+ Vẽ tiếp tuyến với đoạn giữa đường cong
+ Vẽ tiếp tuyến với đoạn cuối đường cong
+ Từ giao điểm hai tiếp tuyến, chiếu lên hai trục tính được D100 và t100
- Xác định D0
+ Chọn t1 (thường là 15 giây) và t2 = 4 t1 (1 phút). Tại t1 vẽ đường song song trục logt về
phía trên một đọan bằng (Dt2 – Dt1), đường này cắt trục tung tại D0.
- Xác định D50 , từ đó suy ra t50

D50 =

D0 + D100
2

- Hệ số cố kết cv được xác định:

0,197 H 2
cv =
t 50
H: chiều cao đường thấm (bằng 1/2 chiều cao tại D50)
H=

1 ( H n−1 + H n )
2
2

- Tính hệ số thấm k:

k=

cv ρ w a
e tb

- 23 -


ρw : khối lượng riêng của nước (0,001 kG/cm3)
etb = (en-1 + en)/2: hệ số rỗng trung bình giữa hai cấp áp lực

D0
D50

D100

Xác định hệ số cố kết cv theo pp logt
b. Phương pháp t
- Để dễ tính toán và dễ vẽ ta nên đọc chuyển vị lún ở các thời điểm 1m, 4, 9, 16, …, ( t ) 2 m.
- Vẽ đường cong quan hệ chuyển vị và

t

- Vẽ đường thẳng đi qua các điểm nằm thẳng hàng (gần như tiếp tuyến với đoạn cong) cắt trục
tung tại D0 (điểm này được xem là U = 0), cắt trục hoành tại điểm có tọa độ x
- Vẽ đường thẳng qua D0 cắt trục trục hoành tại điểm có tọa độ 1,15x sẽ cắt đường cong
tại điểm D90. Từ D90 chiếu xuống trục hoành sẽ có được t90
- Hệ số cố kết cv được xác định:

cv =

0,848 H 2
t 90

- 24 -

t


D0

D90
t90

Xác định hệ số cố kết cv theo pp

t

V/ Nhận xét của SV
* Chú ý:
- Phương pháp logt sử dụng cho các loại đất hạt mịn trạng thái mềm, nhão
- Phương pháp t dùng cho đất trạng thái dẻo mềm, cứng (đất sét pha, sét trạng thái cứng).

- 25 -


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×